KR20150097704A - 연료 전지 스택 어셈블리 및 어셈블리의 방법 - Google Patents

Abstract

연료 전지 스택 어셈블리로서: 제 1 엔드 플레이트 및 상기 제 1 엔드 플레이트로부터 가로로 연장하는 두 개의 측벽들을 포함하는 제 1 캡슐화 부재(302); 제 2 엔드 플레이트를 포함하는 제 2 캡슐화 부재(304); 상기 제 1 엔드 플레이트 및 제 2 엔드 플레이트 사이에 위치되는 하나 이상의 연료 전지들(330); 및 상기 제 1 엔드 플레이트 및 상기 제 2 엔드 플레이트를 고정된 상대적인 위치에 유지하기 위해, 상기 제 1 캡슐화 부재(302) 및 상기 제 2 캡슐화 부재(304)의 각각의 측벽과 체결하도록 구성되는 두 개의 잠금 부재들(310)을 포함하고, 여기서 상기 제 1 캡슐화(302) 부재의 상기 측벽들은 각각: 상기 하나 이상의 연료 전지들(330)에 압축력을 제공하기 위해 상기 제 2 캡슐화 부재(304)와 체결하고, 상기 하나 이상의 연료 전지들(330)의 상기 평면에 평행한 방향으로 각각의 상기 잠금 부재(310)를 수용하도록 구성된다.

Description

연료 전지 스택 어셈블리 및 어셈블리의 방법{FUEL CELL STACK ASSEMBLY AND METHOD OF ASSEMBLY}

본 발명은 연료 전지 스택 어셈블리들, 및 연료 전지 스택 어셈블리들의 방법들에 관한 것이다.

종래의 전기화학 연료 전지들은, 일반적으로 둘 다 가스상 스트림들 형태인, 연료와 산화제를 전기 에너지와 반응물로 변환한다. 수소와 산소를 반응시키기 위한 일반적인 타입의 전기화학 연료 전지는, 고분자 이온(양성자) 전달 멤브레인을 포함하는데, 연료 및 공기는 멤브레인의 각각의 면들 위로 전달된다. 양성자들(즉, 수소 이온들)은 연료 전지의 애노드와 캐소드를 연결하는 회로를 통해 전도되는 전자들에 의해 밸런스를 맞추게 되는, 멤브레인을 통해 전도된다. 가용 전압을 증가시키기 위해, 별개의 애노드와 캐소드 유체 유로들과 정렬된 다수의 그러한 멤브레인들을 포함하는 스택이 형성될 수 있다. 그러한 스택은 통상적으로 스택의 양단에서 엔드 플레이트들에 의해 함께 유지되는 다수의 개별 연료 전지 플레이트들을 포함하는 블록의 형태이다.

본 발명의 제 1 측면에 따르면, 연료 전지 어셈블리가 제공되는데, 연료 전지 어셈블리는:

제 1 엔드 플레이트 및 상기 제 1 엔드 플레이트로부터 가로로 연장하는 두 개의 측벽들을 포함하는 제 1 캡슐화 부재;

제 2 엔드 플레이트를 포함하는 제 2 캡슐화 부재;

상기 제 1 엔드 플레이트 및 제 2 엔드 플레이트 사이에 위치되는 하나 이상의 연료 전지들; 및

상기 제 1 엔드 플레이트 및 상기 제 2 엔드 플레이트를 고정된 상대적인 위치에 유지하기 위해, 상기 제 1 캡슐화 부재 및 상기 제 2 캡슐화 부재의 각각의 측벽과 체결하도록 구성되는 두 개의 잠금 부재들을 포함하고,

상기 제 1 캡슐화 부재의 상기 측벽들은 각각:

상기 하나 이상의 연료 전지들에 압축력을 제공하기 위해 상기 제 2 캡슐화 부재와 체결하고,

상기 하나 이상의 연료 전지들의 평면에 평행한 방향으로 각각의 상기 잠금 부재를 수용하도록 구성된다.

상기 잠금 부재들은 각각 복수의 체결 영역들을 포함할 수 있다. 상기 복수의 체결 영역들은 상기 제 1 캡슐화 부재 및 상기 제 2 캡슐화 부재의 각각의 상기 엔드 플레이트들에서 상이한 간격들만큼 이격되도록 구성될 수 있다. 이는 상기 하나 이상의 연료 전지들이 원하는 치수가 아니라, 원하는 로드로 어셈블되게 할 수 있다.

상기 체결 영역들은 상이한 두께를 갖는 상기 잠금 부재의 영역들을 포함할 수 있다. 상기 잠금 부재는 단차진 윤곽을 포함할 수 있다. 상기 체결 영역들은 상기 단차진 윤곽에 있어서 상이한 단차들을 포함할 수 있다.

상기 제 1 캡슐화 부재의 상기 측벽들은 상기 제 2 캡슐화 부재에 의해 각각의 상기 잠금 부재들 상에 가해지는 제 2 힘에 대한 반대 방향으로 각각의 상기 잠금 부재들 상에 제 1 힘을 가하도록 구성될 수 있다.

상기 제 1 및 제 2 힘들의 상기 방향은 상기 하나 이상의 연료 전지들의 상기 평면에 횡단/직교할 수 있다.

상기 제 1 힘은 상기 잠금 부재 상의 제 1 위치에서 각각의 잠금 부재 상에 가해질 수 있고, 제 1 위치는 상기 제 2 힘이 가해지는 제 2 위치와 상이할 수 있다. 상기 제 1 위치는 상기 하나 이상의 연료 전지들의 상기 평면에 평행한 방향으로 상기 제 2 위치로부터 이격될 수 있다. 따라서, 전단력이 상기 잠금 부재 상에 가해진다고 한다.

상기 잠금 부재들은 각각 체결부 및 핸들링부를 포함할 수 있다. 상기 체결부는 상기 핸들링부를 가로지를 수 있다.

상기 제 1 캡슐화 부재의 상기 측벽들은 상기 측벽들의 상기 평면에 직교하는 방향으로 상기 잠금 부재를 수용하도록 구성될 수 있다.

상기 잠금 부재들은 각각 상기 제 1 캡슐화 부재 및 상기 제 2 캡슐화 부재의 각각의 상기 측벽에서의 하나 이상의 개구들과 체결하도록 구성되는 하나 이상의 핀들을 포함할 수 있다.

상기 잠금 부재들은 각각 C-클립을 포함할 수 있다.

상기 제 1 캡슐화 부재의 상기 측벽들은 상기 측벽들의 상기 평면에 평행한 방향으로 상기 잠금 부재를 수용하도록 구성될 수 있다. 상기 잠금 부재들은 각각 상기 제 1 캡슐화 부재 및 상기 제 2 캡슐화 부재의 각각의 상기 측벽과 연관된 유지 부재들과 체결하도록 구성되는 것을 포함할 수 있다.

상기 제 2 캡슐화 부재는 상기 제 2 엔드 플레이트로부터 가로로 연장하는 두 개의 측벽들을 포함할 수 있다. 상기 두 개의 잠금 부재들 각각은 상기 제 2 캡슐화 부재의 각각의 측벽과 체결하도록 구성될 수 있다. 상기 제 2 캡슐화 부재의 상기 측벽들 중 하나 또는 양자는 상기 제 1 캡슐화 부재의 상기 측벽들 내에, 외부에, 또는 동일-평면에 있을 수 있다. 상기 제 1 캡슐화 부재의 상기 측벽들은 상기 제 2 캡슐화 부재의 상기 측벽들에 평행할 수 있다.

상기 제 1 엔드 플레이트 및 상기 제 2 엔드 플레이트는 각각 상기 하나 이상의 연료 전지들에 인접한 및 상기 하나 이상의 연료 전지들과 압축 관계에 있는 압축 표면을 정의할 수 있다. 상기 제 1 엔드 플레이트 및/또는 상기 제 2 엔드 플레이트 상기 압축 표면을 정의하는 사전 형성된 요소를 포함할 수 있다. 상기 사전 형성된 요소는 상기 사전 형성된 요소가 로드를 받지 않을 때 상기 압축 표면이 볼록 표면이도록 미리 결정된 곡률로 구성될 수 있는 반면, 압축을 받는 상기 연료 전지들을 유지하기 위해 상기 로드의 인가 하에서, 상기 사전 형성된 요소의 굴곡은 상기 압축 표면이 실질적으로 평면인 표면이 되게 할 수 있다.

상기 제 1 엔드 플레이트 및/또는 상기 제 2 엔드 플레이트는 상기 하나 이상의 연료 전지들로 또는 상기 하나 이상의 연료 전지들로부터 유체(액체 또는 가스일 수 있는)를 전달하기 위한 포트를 포함할 수 있다.

연료 전지 스택 어셈블리는 상기 제 1 캡슐화 부재; 상기 제 2 캡슐화 부재; 및 상기 하나 이상의 연료 전지들 중 적어도 하나를 위한 어셈블리 가이드를 제공하기 위해 내부적으로 성형되는 하우징을 더 포함할 수 있다.

상기 하우징은 각각의 상기 잠금 부재들을 수용하기 위한 두 개의 애퍼처들을 포함할 수 있다.

본 발명의 추가 측면에 따르면, 연료 전지 스택 어셈블리를 어셈블하는 방법이 제공되는데, 연료 전지 스택 어셈블리는:

제 1 엔드 플레이트 및 상기 제 1 엔드 플레이트로부터 가로로 연장하는 두 개의 측벽들을 포함하는 제 1 캡슐화 부재;

제 2 엔드 플레이트를 포함하는 제 2 캡슐화 부재;

하나 이상의 연료 전지들; 및

두 개의 잠금 부재들을 포함하고,

상기 방법은:

상기 하나 이상의 연료 전지들을 상기 제 1 엔드 플레이트 및 제 2 엔드 플레이트 사이에 위치시키는 단계;

서로를 향해 상기 제 1 캡슐화 부재의 상기 제 1 엔드 플레이트 및 상기 제 2 캡슐화 부재의 상기 제 2 엔드 플레이트를 편향시키기 위해 외부 로드를 인가함으로써 상기 하나 이상의 연료 전지들을 압축하는 단계;

상기 두 개의 잠금 부재들을 상기 하나 이상의 연료 전지들의 상기 평면에 평행한 방향으로 상기 제 1 캡슐화 부재 및 상기 제 2 캡슐화 부재의 각각의 측벽과 체결하는 단계; 및

상기 외부 로드를 해제함으로써, 상기 하나 이상의 연료 전지들 상에 압축력을 가하는 연료 전지 스택 어셈블리를 제공하는 단계 및 상기 제 1 엔드 플레이트 및 상기 제 2 엔드 플레이트를 고정된 상대적인 위치에 유지하는 단계를 포함한다.

이제 설명이 다음과 같은 첨부 도면들을 참조하여, 단지 예로서, 제시된다:
도 1a는 제 1 캡슐화 부재 위에 위치되고, 제 1 캡슐화 부재와 체결하도록 준비된 제 2 캡슐화 부재를 갖는 연료 전지 어셈블리를 도시한다;
도 1b는 외력에 의해 하향으로 이동된 제 2 캡슐화 부재를 갖는 도 1a의 연료 전지 어셈블리를 도시한다;
도 1c는 외력에 의해 하향으로 더 이동된 제 2 캡슐화 부재를 갖는 도 1b의 연료 전지 어셈블리를 도시한다;
도 1d는 제 1 및 제 2 캡슐화 부재들과 체결되는 잠금 부재들을 갖는 도 1c의 연료 전지 어셈블리를 도시한다;
도 1e는 도 1d의 연료 전지 어셈블리의 다른 뷰를 도시한다;
도 1f는 도 1a의 연료 전지 어셈블리의 제 1 캡슐화 부재의 측벽의 단면도를 도시한다;
도 2는 그것의 길이를 따라 가변적인 두께를 갖는 잠금 부재를 도시한다;
도 3은 도 1d에 예시된 것과 유사한 연료 전지 어셈블리의 확대도를 도시한다;
도 4a는 연료 전지 스택을 어셈블하기 위한 도구를 도시한다;
도 4b는 잠김 부재를 고정하기 위한 대안적인 운반체를 도시한다;
도 5a는 실질적으로 비압축 상태의 연료 전지 어셈블리를 도시한다;
도 5b는 압축을 받는 도 5a의 연료 전지 어셈블리를 도시한다;
도 5c는 2000 N 외부 로드를 받는 도 5b의 연료 전지 어셈블리를 도시한다;
도 5d는 외부 로드가 제거된 후 도 5c의 연료 전지 어셈블리를 도시한다;
도 6a는 제 2 캡슐화 부재가 측벽들을 가지는 대안적인 연료 전지 스택 어셈블리의 확대 사시도를 도시한다;
도 6b는 어셈블될 때 도 6a의 연료 전지 스택 어셈블리의 사시도를 도시한다;
도 7a는 유지 부재들이 제공되는 대안적인 연료 전지 스택 어셈블리의 확대 사시도를 도시한다;
도 7b는 어셈블될 때 도 7a의 연료 전지 스택 어셈블리의 사시도를 도시한다;
도 7c는 도 7a 및 도 7b의 연료 전지 스택 어셈블리와 사용하기 위한 대안적인 잠금 부재를 도시한다;
도 8a는 동축 체결 및 핸들링 부분들을 갖는 잠금 부재를 갖는 다른 연료 전지 스택 어셈블리의 단면을 도시한다;
도 8b는 복수의 체결부들을 갖는 잠금 부재를 갖는 다른 연료 전지 스택 어셈블리의 단면을 도시한다;
도 9는 복수의 체결부들을 갖는 잠금 부재를 도시한다;
도 9b는 도 9a의 잠금 부재를 수용하기 위한 연료 전지 스택 어셈블리의 측면도를 도시한다;
도 10은 상이한 측벽 구성을 갖는 다른 연료 전지 스택 어셈블리의 단면도를 도시한다;
도 11은 상이한 측벽 구성을 갖는 또 다른 연료 전지 스택 어셈블리의 단면도를 도시한다;
도 12는 연료 전지 스택 어셈블리를 어셈블하는 방법을 예시한다.

도 1a 내지 도 1e는 두 개의 캡슐화 부재들(102, 104) 사이에 위치되는 하나 이상의 연료 전지들(도 1에 도시되지 않음)에 압축력을 인가하기 위해 서로와 체결하도록 구성되는 제 1 캡슐화 부재(102) 및 제 2 캡슐화 부재(104)를 포함하는 연료 전지 스택 어셈블리(100)의 다양한 뷰들을 예시한다.

제 1 캡슐화 부재(102)는 제 1 엔드 플레이트(106) 및 제 1 엔드 플레이트(106)로부터 가로로 연장하고, 제 1 엔드 플레이트(106)의 대향하는 단부들에 있는 두 개의 측벽들(108)을 포함한다. 제 2 캡슐화 부재(104)는 제 2 엔드 플레이트(105)를 포함한다.

일부 예들에서, 제 1 엔드 플레이트(106) 및/또는 제 2 엔드 플레이트(105)는 유체가 연료 전지들로 또는 이들로부터 전달될 수 있는 하나 이상의 포트들을 가질 수 있다. 그러한 유체는 예를 들어, 연료, 공기 또는 냉각수일 수 있다.

도 1c, 도 1d 및 도 1e에 도시된 바와 같이, 연료 전지 어셈블리(100)는 또한 두 개의 잠금 부재들(110)을 포함한다. 각각의 잠금 부재(110)는 하나 이상의 연료 전지들을 압축하기 위해 제 1 캡슐화 부재(102) 및 제 2 캡슐화 부재(104)의 측벽들(108) 중 하나를 체결한다.

각각의 잠금 부재(110)는 아래에서 보다 상세히 설명될 바와 같이, 연료 전지들의 평면에 평행인 방향으로 측벽들(108) 및 제 2 캡슐화 부재(104) 중 하나를 체결한다. 이 예에서, 잠금 부재들(110)은 측벽들(108)의 평면과 직교하는 방향들로 체결한다.

도 1a는 제 1 캡슐화 부재(102) 위에 위치되고, 제 1 캡슐화 부재(102)와 체결하도록 준비된 제 2 캡슐화 부재(104)를 갖는 연료 전지 어셈블리(100)를 도시한다. 제 2 캡슐화 부재(104)는 두 개의 대향하는 단면들 각각으로부터 연장하는 탭(tab)(116)을 갖는다.

제 1 캡슐화 부재(102)의 측벽들(108)은 각각 제 2 캡슐화 부재(104)의 탭들(116)을 수용하기 위해 그것들의 말단부들(제 1 엔드 플레이트(106)로부터 가장 먼 단부들)에 개구(120)를 가진다.

도 1f는 측벽(108)의 단면도를 도시한다. 개구(120)는 측벽들(108)의 말단부에 가장 가까운, 구 영역(mouth region)(122)을 갖는다. 구 영역(122)은 구 영역(122)보다 제 1 엔드 플레이트(106)에 더 가까운, 공동 영역(124)으로 개방된다. 공동 영역(124)의 폭은 구 영역(122)의 폭보다 크다. 즉, 제 1 엔드 플레이트(106)의 평면에 평행하고 측벽(108)의 평면에 직교하는 방향에서 개구(120)의 치수는 제 1 엔드 플레이트(106)에 더 가까운 개구(120)의 영역에서 더 크다.

이 예에서, 측벽들(108)의 두 개의 숄더들(118)은 도 1e를 참조하여 더 상세해 설명될 바와 같이 개구(120)의 구 영역(122) 및 공동 영역(124) 사이 전이부에 제공된다.

도 1b는 외력에 의해 하향으로 이동된 제 2 캡슐화 부재(104)를 갖는 연료 전지 어셈블리(100)를 도시하고, 따라서 제 2 캡슐화 부재(104)는 도 1a에 도시된 위치로부터 제 1 캡슐화 부재(102)를 향해 이동되었다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 제 2 엔드 플레이트(105)의 탭들(116)은 측벽들(108)의 개구들(120)의 구 영역에 위치된다. 구 영역의 폭은 탭들의 너비보다 단지 조금 더 클 수 있고, 예를 들어 단지 수 밀리미터의 간격이 제공될 수 있다.

도 1c는 외력에 의해 하향으로 더 이동된 제 2 캡슐화 부재(104)를 갖는 연료 전지 어셈블리(100)를 도시하고, 따라서 제 2 캡슐화 부재(104)는 도 1b에 도시된 위치로부터 제 1 캡슐화 부재(102)를 향해 이동되었다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 제 2 엔드 플레이트(105)의 탭들(116)은 측벽들(108)의 개구들(120)의 공동 영역에 위치된다. 탭들(116)은 개구(120)의 숄더들(118)을 지나 이동되었다.

잠금 부재들(110)은 도 1c에서 제 1 및 제 2 캡슐화 부재들(102, 104)와 체결하기 위해 준비된 위치에 도시된다. 잠금 부재들(110)은 체결부(112) 및 핸들링부(114)를 갖는데, 이들은 서로 가로로 연장하며, 이 예에서 그것들은 서로 직교한다. 잠금 부재들(110)의 체결부들(112)은 개구(120)의 공동 영역으로 삽입될 것이다. 공동 영역의 폭은 일반적으로 잠금 부재(110)의 폭과 상응한다. 잠금 부재(110)의 폭은 제 2 엔드 플레이트(105)의 탭(116)의 폭보다 크다.

도 1d 및 도 1e는 제 1 캡슐화 부재(120) 및 제 2 캡슐화 부재(104)의 측벽들(108)과 체결되는 잠금 부재들(110)을 도시한다. 보다 정확히, 각각의 잠금 부재(110)의 체결부(112)는 탭(116)의 상면 및 측벽(108)의 숄더(118)의 하면 사이에 위치된다.

제 2 캡슐화 부재(104)의 탭들(116)을 측벽들(108)의 개구들(120)의 공동 영역들에 위치시키는데 사용된 외력은 잠금 부재들(110)이 이제 제 1 및 제 2 캡슐화 부재들을 서로에 관해 제 위치에 고정함에 따라 제거되었고, 그렇게 함으로써 연료 전지들 상에 압축력을 유지한다.

다양한 개스킷들 및 밀봉부들이 바르게 기능할 수 있도록 연료 전지들이 스택에서 압축을 받아 고정된다는 것이 인식될 것이다. 따라서, 연료 전지들이 압축력을 받는 제 1 엔드 플레이트(106) 및 제 2 엔드 플레이트(105) 사이에서 정지되어 고정될 때, 그것들은 두 개의 엔드 플레이트들(105, 106) 상에 밖으로 미는 힘을 제공한다. 이 힘은 탭(116)의 상면이 제 2 엔드 플레이트(105)의 평면을 가로지르는 제 1 방향으로 잠금 부재(110)의 체결부(112)에 힘을 인가하게 한다. 탭(116)에 의해 체결부(112)로 제공되는 힘은 두 구성요소들이 인접해있는 체결부(112)의 중심을 향하는 위치에 인가된다.

체결부(112)는 그것이 결과적으로, 개구(120)의 숄더들(118)을 정의하는 측벽(108)의 영역들에 힘을 인가하도록, 강성이다. 이 힘은 탭(116)에 의해 체결부(112)에 제공되는 힘으로서 동일 방향에 있이나, 힘이 탭(116)에 의해 체결부(112)에 제공되는 위치 밖에 있는 위치에 인가된다. 이는 숄더들(118)이 탭(116)이 풋프린트(footprint)의 밖에 있기 때문이다. 숄더들(118)은 제 1 위치에서 잠금 부재(110)에 접촉하는데, 제 1 위치는 탭(116)이 잠금 부재(110)에 접촉하는 위치와 상이하다. 제 1 위치는 하나 이상의 연료 전지들의 평면에 평행한 방향에서 제 2 위치로부터 이격된다.

숄더들(118)은 그것들이 압축에 저항하는 연료 전지 플레이트들에 의해 인가되는 힘을 받아 실질적으로 이동하지 않도록 충분히 강성이다; 즉, 연료 전지 어셈블리(100)의 다양한 구성요소들 사이 모든 힘들은 균형을 유지한다. 따라서, 그것이 도 1e에 도시된 바와 같이 잠금 부재(110)를 고려할 때, 탭(116)은 잠금 부재(110)의 중심 영역 상에 상향으로 제 2 힘을 가하고, 측벽(108)의 숄더들(118)은 잠금 부재(110)의 외부 영역들 상에 하향으로 제 1 힘을 가한다. 중심 영역은 제 2 위치의 예이다. 외부 영역들은 제 1 영역들의 예들이다. 폭 방향에서, 외부 영역들은 전단력이 탭(116) 및 숄더들(118)에 의해 반대 방향들로 가해지는 힘들에 의해 잠금 부재(110)에 인가되도록 중심 영역 밖에 있다.

잠금 부재(110)의 전단 강도에 따르는 연료 전지 어셈블리를 제공하는 것은 전단력이 압축된 연료 전지 어셈블리의 팽창력에 직교하기 때문에 바람직할 수 있으며, 압축된 연료 전지 어셈블리는 다음 중 하나 이상을 허용한다:

● 접촉부의 작은 영역이 어셈블리를 제자리에 고정하게 하는 것;

● 팽창력이 잠금 메커니즘을 시간이 지나도 루즈해지지 않고 제자리에 고정하도록 작용하게 하는 것; 및

● 그 자체의 전단 잠금 부재가 임의의 힘을 가하지 않고; 단지 그것 상에 가해지는 해당 힘을 유지함에 따라, 스프링 클립을 사용하는 어셈블리들과 비교하여 연료 전지 어셈블리의 구현에서 감소된 가변성.

따라서 그러한 연료 전지 어셈블리의 구성은 엔드 플레이트들이 딱 맞게 간단히 슬라이드될 수 있음에 따라 간소화된다. 또한, 어셈블리의 크기에 대한 전반적인 부가물은 작다.

게다가, 제자리에 있을 때 잠금 부재(110)는 연료 전지들의 평면들에 평행한 방향에서 힘을 거의 경험할 수 없거나 전혀 경험할 수 없고, 이는 횡방향으로의 잠금 부재(110)의 제한 이동을 위한 어떤 메커니즘도 요구될 수 없음에 따라 바람직할 수 있다.

이 예에서, 제 1 및 제 2 엔드 플레이트들(106, 105) 양자는 압축 표면으로 지칭될, 연료 전지들에 접촉하는 엔드 플레이트의 표면이 사전 형성된 요소가 로드를 받지 않을 때 볼록 표면이도록 미리 결정된 곡률을 갖고 구성되는 사전 형성된 요소를 포함한다. 이는 도 1a 및 도 1b에 도시된다.

잠금 부재(110)가 압축을 받은 연료 전지들을 유지하도록 로드를 인가하기 위해 캡슐화 부재들(102, 104)과 체결될 때, 측벽들(108)에 대해 제 위치에 고정되는 두 개의 단부들 간 사전 형성된 요소의 곡률은 압축 표면을 실질적으로 평면인 표면이 되게 한다. 이는 도 1c 및 도 1d에 도시된다.

그러한 사전 형성된 요소들을 사용하는 실시예들에서, 각각의 엔드 플레이트(102, 104)는 어셈블 동안 연료 전지 플레이트들의 원하던 압축 로딩에서 각각의 로드를 받지 않는 볼록 압축 면을 실질적으로 평면인 배치로 이동시키도록, 충분히 강성으로, 그러나 탄성 물질로 제조된다. 잠금 부재(110)의 애플리케이션은 압축면들 양자가 평면이 되고, 서로에 상대적으로 평행하도록 엔드 플레이트들(102, 104) 각각의 곡률을 야기하고, 그렇게 함으로써 연료 전지 스택의 양 단면들 상에 정확히 균일한 압력을 전달한다. 각각의 사전 형성된 엔드 플레이트들(102, 104)을 위한 평면 밖의 탄성 변형, 강성, 및 두께는 평평하고 균일한 압력이 연료 전지들에 전달된다는 것을 보장하도록 선택된다.

간단하게, 표현 "사전 형성된" 엔드 플레이트들은 그것들이 요구된 연료 전지 스택 어셈블리 다짐 압력으로 서로에 대해 평평하고 평행인 관계를 가정하도록, 엔드 플레이트들이 로드를 받지 않는 사전 형성된 곡률을 보인다는 것을 표시하도록 의도된다. 로드를 받지 않는 사전 형성된 곡률은 그것이 어셈블 및 시운전 동안 스택 어셈블리의 초기 브레이크-인 및 설정을 허용하도록 선택될 수 있다. 연료 전지 스택 어셈블리에서, 예를 들어 확산층 또는 다양한 개스킷들과 같은 레이어들의 플라스틱 변형의 결과로서, 시운전 전 또는 동안 스택이 약간 압축되는 짧은 시간이 있을 수 있다. 로드를 받지 않는 엔드 플레이트들의 미리 결정된 곡률은 그것들이 연료 전지 스택의 시운전 후 서로 평평하고 평행인 관계를 취하도록 이를 수용하도록 구성될 수 있다.

하나 이상의 그러한 사전 형성된 엔드 플레이트들(102, 104)의 사용은 연료 전지 어셈블리가 설정된 높이 대신 원하는 로드로 구성되는 것을 가능하게 할 수 있다. 보다 작은 연료 전지 스택들을 위한 애플리케이션들이 점차 중요해짐에 따라, 보다 얇은 게이지(gauge)를 갖는 물질들이 특히 바람직하게 된다. 그러나, 연료 전지 어셈블리가 설정된 높이로 제작되면, 오버로드는 구성의 허용오차 내인 연료 전지 치수들의 모든 변화들에 대해 충분한 압축력이 연료 전지들에 인가되는 것을 보장하기 위해 인가되어야 할 수 있다. 그러한 오버로딩은 얇은 구성요소들의 좌굴을 야기하고 그렇게 함으로써 연료 전지 스택의 성능을 위태롭게 할 수 있다. 따라서, 미리 결정된 높이 대신 미리 결정된 로드로 제작될질 수 있는 본원에 개시된 연료 전지 어셈블리들은 이 문제들을 감소시킬 수 있다.

다른 예들에서 제 1 캡슐화 부재는 제 1 엔드 플레이트의 두 개보다 많은 에지들, 또는 몇몇 케이스들에서 모든 에지들을 따르는 측벽들을 포함한다는 것이 인식될 것이다. 그러한 예들에서, 상응하는 탭들이 제 2 캡슐화 부재 상에 제공될 수 있다. 따라서 각각의 탭은 잠금 부재와 체결될 수 있는 벽의 개구와 연관된다.

도 2는 도 1a 내지 도 1f의 연료 전지 어셈블리와 사용될 수 있는 잠금 부재(210)를 예시한다. 잠금 부재(210)는 두 개의 캡슐화 부재들 및 선택적인 핸들링부(214)와 체결하기 위한 체결부(212)를 포함한다. 핸들링부는 잠금 부재(210)를 삽입하는 것 및 제거하는 것을 보조할 수 있다.

이 예의 체결부(212)는 그것이 연료 전지 어셈블리를 고정된 치수 대신 원하는 로드로 만들어지는데 사용될 수 있도록 상이한 두께의 체결 영역들을 가지는 윤곽을 갖는다. 상이한 체결 영역들은 제 1 캡슐화 부재 및 제 2 캡슐화 부재의 각각의 엔드 플레이트들을 상이한 간격들로 이격하는데 사용된다. 도 1a 내지 도 1e를 참조하여 상기 설명된 바와 동일한 방법으로, 연료 전지들 및 캡슐화 부재들은 외력에 의해 원하는 작동 로드로 압축될 수 있다. 그 후 잠금 부재(210)는 요구된 로드를 제공할 잠금 부재의 체결부(212)의 일부가 제대로 위치될 때까지 제 1 엔드 플레이트와 연관된 측벽들의 숄더들 및 제 2 엔드 플레이트 상의 탭 사이에 삽입될 수 있다.

이 예에서, 잠금 부재(210)의 체결부(212)는 단차진 윤곽을 갖고, 각각의 단차는 상이한 체결 영역에 상당하고 일반적으로 제 1 엔드 플레이트에 평행한 제 2 캡슐화 부재에 인접하기 위한 접촉 표면을 갖는다. 각 단차의 두께는 핸들링부(214)로부터의 거리가 증가함에 따라 감소하는 두께를 갖는, 체결부(212)에 따른 거리의 함수이다. 그러한 예는 엔드 플레이트들에 평행한 방향에 있는 캡슐화 부재에 의해 잠금 부재(210)에 인가되는 임의의 힘의 성분이 거의 없거나 없을 때 바람직하다. 따라서, 측면 치수(엔드 플레이트들에 평행한)에 있어서 잠금 부재(210)의 제한 이동을 위한 어떤 메커니즘도 요구되지 않을 수 있다.

다른 실시예들에서, 잠금 부재는 비스듬한 윤곽을 포함하는, 상이한 두께를 갖는 적어도 두 개의 영역들을 가지는 임의의 윤곽을 가질 수 있다.

연료 전지 어셈블리를 고정된 높이 대신 로드로 제작하는 잠금 부재(210)의 능력은 상기 설명된 사전 형성된 요소들 대신, 또는 상기 설명된 사전 형성된 요소들에 더하여 사용될 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 연료 전지 어셈블리와 유사한 연료 전지 어셈블리(300)의 확대도를 예시한다. 도 1을 참조하여 이미 설명된 구성요소들은 여기서 다시 설명될 필요는 없을 것이다. 도 3의 연료 전지 어셈블리(300)와 사용될 수 있는 잠금 부재들(310)의 방향과 비교할 때 도 2의 잠금 부재가 위아래 뒤바뀌어 도시된 것이 인식될 것이다.

연료 전지 어셈블리(300)는 제 1 캡슐화 부재(302), 제 2 캡슐화 부재(304) 및 두 개의 캡슐화 부재들(302, 304) 사이에 위치되는 세 개의 연료 전지들(330)을 포함한다. 상기 논의된 바와 같이, 연료 전지들(330)은 잠금 부재들(310)에 의해 함께 고정되는, 두 개의 캡슐화 부재들(302, 304) 사이에서 압축된다. 연료 전지 어셈블리(300)는 또한 하우징(332)을 포함하는데, 이는 연료 전지 어셈블리(300)의 구성요소들의 적어도 일부를 위한 어셈블리 가이드를 제공하기 위해 내부적으로 성형될 수 있다.

일 예에서, 다음 구성요소들 중 적어도 각각은 결과적으로 연료 전지 어셈블리(300)를 어셈블하기 위해 하우징(332) 내로 배치될 수 있다:

● 제 2 캡슐화 부재(304);

● 세 개의 연료 전지들(330); 및

● 제 1 캡슐화 부재(302).

하우징(332)은 상기 구성요소들을 원하는 위치에 위치시키기 위해 상기 구성요소들 중 하나 이상의 에지 또는 표면과 체결하는 하나 이상의 공지된 가이드 메커니즘들 또는 부재들을 가질 수 있다. 예를 들어, 가이드 레일들이 제공될 수 있다. 가이드 메커니즘들 또는 부재들은 또한 구성요소들이 부정확한 방향으로, 이를테면 거꾸로 하우징(332) 내에 삽입될 수 없도록 하는 특정한 방향일 수 있다.

두 개의 캡슐화 부재들(302, 304) 및 연료 전지들(330)이 하우징(332) 내에 삽입된 후, 그것들은 연료 전지들(330)과 연관되는 개스킷들 및 밀봉부들이 정확히 기능하도록 하는 작동 치수로 또는 작동 로드로 압축된다.

하우징(332)은 제 1 캡슐화 부재(302)의 측벽들에서의 개구들의 적어도 일부에 상응하는 그것의 측벽들에서의 두 개의 애퍼처들(334)을 가진다. 두 개의 캡슐화 부재들(302, 304) 및 연료 전지들(330)이 적절하게 압축되었을 때, 잠금 부재들(310)은 그것들이 개구들을 1 캡슐화 부재(302)에 진입시킴으로써 두 개의 캡슐화 부재들(302, 304)을 도 1a 내지 도 1e에 관해 상기 논의된 바와 같이 함께 고정하도록 애퍼처들(334)을 통해 삽입된다. 이 예에서, 잠금 부재들(310)은 또한 하우징(332)과 체결하고 그것을 두 개의 캡슐화 부재들에 관해 고정된 위치에 유지한다.

하우징(332)은 제 1 캡슐화 부재(302)의 측벽들에 마찰 접촉을 가질 수 있는데, 이는 연료 전지들(330)을 부분적으로 압축된 위치에 중앙 집중화하고 유지하는 것을 도울 수 있다. 이는 어셈블리의 이 스테이지를 움직이거나 헐거워지는 부분들 없이 핸들링하기 위해 용이하고 탄탄하게 만들 수 있다.

도 3의 하우징(332)의 사용은 연료 전지 스택 어셈블리의 어셈블의 속도를 증가시킬 수 있다.

하우징(332)은 플라스틱으로 만들어질 수 있다. 제 1 및 제 2 캡슐화 부재들(302, 304)은 스테인리스 강으로 만들어질 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 본원에 개시된 바와 같이 연료 전지 어셈블리를 어셈블하기 위한 생산 도구를 예시한다. 도구는 도 1a 내지 도 1e에 도시된 잠금 부재들과 유사한 두 개의 잠금 부재들(410)을 체결하는 것으로 도시되나, 유사한 도구가 다른 유형들의 잠금 부재를 위해 사용될 수 있다는 것이 인식될 것이다.

도구는 상부 프레스(440) 및 하부 프레스(442)를 포함한다. 상부 프레스(440) 및 하부 프레스(442)는 제 1 캡슐화 부재(402) 및 제 2 캡슐화 부재(404) 사이 연료 전지 스택(444)을 압축하기 위해 함께 결합될 수 있다. 프레스들(440, 442)은 원하는 로드가 연료 전지 스택(444)에 인가되도록 또는 연료 전지 스택(444)이 원하는 치수로 압축되도록 제어될 수 있다.

도구는 또한 연료 전지 스택(444)에서의 연료 전지들의 평면에 평행한 방향에서 좌우로 연료 전지 어셈블리에 관해 이동가능한 두 개의 운반체들(446)을 포함한다. 각각의 운반체들(446)은 프레스들(440, 442)이 리트랙트(retract)될 때 그것들이 연료 전지 스택(444) 상에 압축력을 유지할 수 있도록 제 1 및 제 2 캡슐화 부재들(402, 404)과 체결하기 위한 잠금 부재(410)를 고정한다.

이 예에서, 잠금 부재들(410)이 운반체들(446)에 고정되는 방법에 기인하여, 운반체들(446)은 또한 잠금 부재들(410)이 제 위치에서 유지하도록 잠금 부재들(410)에서 해제하기 위해 연료 전지들의 평면에 직교하는 방향으로 이동한다.

몇몇 예들에서, 프레스들(440, 442)은 운반체들(446)이 잠금 부재들(410)에서 해제되기 전 연료 전지 어셈블리로부터 해제될 수 있다. 이 방법에서, 잠금 부재(410) 및 두 개의 캡슐화 부재들(402, 404) 사이 마찰은 운반체들(446)이 제거될 때 잠금 부재들(410)을 원하는 위치에 유지하도록 도울 수 있다.

도 4b는 잠금 부재(410')를 고정하기 위한 대안적인 운반체(446')의 추가 상세들을 도시한다. 이 예에서, 운반체는 두 개의 캡슐화 부재들과 체결할, 그것의 체결부가 운반체(446')로부터 이격되도록 잠금 부재(410')를 편향시키는 스프링(447)을 포함한다. 이는 잠금 부재(410')를 연료 전지 어셈블리에서의 제 위치에 정확히 위치시키는 것을 보조할 수 있다.

물론, 임의의 다른 탄성 편향 수단이 스프링(447) 대신 사용될 수 있다.

도 5a 내지 도 5d는 도 1a 내지 도 1f를 참조하여 설명된 연료 전지 어셈블리와 유사한 연료 전지 어셈블리(500a 내지 500d)를 위한 어셈블 프로세스의 스테이지들을 예시한다. 연료 전지 어셈블리(500a 내지 500d)는 제 1 캡슐화 부재(502a 내지 502d), 제 2 캡슐화 부재(504a 내지 504d) 및 하나 이상의 연료 전지들(미도시)을 포함한다. 제 1 캡슐화 부재(502a 내지 502d)는 제 1 엔드 플레이트를 포함한다. 제 2 캡슐화 부재(502a 내지 502d)는 제 2 엔드 플레이트를 포함한다. 제 1 및 제 2 엔드 플레이트들 양자는 해당 플레이트가 로드를 받지 않을 때 각각의 플레이트의 압축 표면이 볼록 표면이도록 미리 결정된 곡률로 사전 형성된다.

도 5a는 실질적으로 비압축 상태의 연료 전지 어셈블리를 예시한다. 외력(503a)은 제 1 캡슐화 부재를 제 2 캡슐화 부재(504a)와 정렬하기 위해, 및 제 1 캡슐화 부재를 제 2 캡슐화 부재(504a)와의 접촉부로 이동시키기 위해 제 1 캡슐화 부재(502a)에 인가되었다. 제 1 캡슐화 부재들(502a)의 측벽들은 제 2 캡슐화 부재(504a)의 엔드 플레이트를 너머 연장하지 않는다. 이 상태에서, 제 1 및 제 2 사이드 플레이트들은 굴곡을 제공하고, 여기서 제 1 및 제 2 사이드 플레이트들의 각각의 압축 표면들이 볼록하다.

도 5b는 압축을 받는 연료 전지 어셈블리(500b)를 예시한다. 외력(503b)의 인가는 도 1a 내지 도 1f에 관해 상세하게 논의된 바와 같이, 제 1 캡슐화 부재(502b)의 개구를 제 2 캡슐화 부재(504b)의 탭과 체결하기에 충분하다.

도 5c는 이 예에서 2000 N 외력(503c)의 인가를 받는 연료 전지 어셈블리(500c)를 예시한다. 연료 전지 어셈블리(500c) 내 하나 이상의 연료 전지들은 예를 들어, 1200 - 1800 N으로 로딩될 수 있다. 그러한 힘은 연료 전지들과 연관되는 다양한 밀봉부들 및 개스킷들이 연료 전지들의 상이한 영역들 사이에 필요한 밀봉부들을 제공하기 위해 적합한 작동 압력으로 로딩된다는 것을 보장하기에 충분하다. 연료 전지들에 의해 수용될 수 있는 로드 위에 제공되는 외력(503c)은 제 1 캡슐화 부재(502c)의 측벽들에 의해 지탱될 것이다.

연료 전지 어셈블리가 충분한 외부 로드를 받을 때, 잠금 부재들(510c)은 제 1 및 제 2 캡슐화 부재들(502c, 504c)을 상대적인 고정 위치에 유지하기 위해 캡슐화 부재들(502c, 504c)과 체결될 수 있다. 잠금 부재들(510c)은 연료 전지들의 평면에 평행한 방향으로 제 1 캡슐화 부재(502c)의 측벽들의 개구를 통해 삽입된다. 잠금 부재들은 제자리의 제 2 캡슐화 부재(504c)를 제 1 캡슐화 부재(502c)와 효과적으로 클리핑한다.

도 5d는 외력이 제거된 도 5c에 관하여 설명된 바와 같은 완전히 어셈블된 연료 전지 어셈블리(500d)를 예시한다. 이 상태에서 연료 전지 어셈블리(500d) 내 연료 전지들은 구속된다. 연료 전지들의 다양한 개스킷들 및 밀봉부들의 팽창력은 400 내지 550 N을 제 1 및 제 2 캡슐화 부재들(502d, 504d) 및 잠금 부재들(510d)에 인가한다.

도 6a 및 도 6b는 제 2 캡슐화 부재가 측벽들을 가지는 대안적인 연료 전지 스택 어셈블리(600)의 뷰들을 예시한다.

도 6a는 연료 전지 스택 어셈블리(600)의 확대 사시도를 예시한다. 연료 전지 스택 어셈블리(600)는 두 개의 캡슐화 부재들(602, 604) 사이에 위치되는 하나 이상의 연료 전지들(도 6a에 도시되지 않음)에 압축력을 인가하기 위해 서로와 체결하도록 구성되는 제 1 캡슐화 부재(602) 및 제 2 캡슐화 부재(604)를 포함한다.

제 1 캡슐화 부재(602)는 제 1 엔드 플레이트(606) 및 제 1 엔드 플레이트(606)로부터 가로로 연장하고, 제 1 엔드 플레이트(606)의 대향하는 단부들에 있는 두 개의 측벽들(608)을 포함한다. 제 2 캡슐화 부재(604)는 제 2 엔드 플레이트(605) 및 제 2 엔드 플레이트(605)로부터 가로로 연장하고, 제 2 엔드 플레이트(605)의 대향하는 단부들에 있는 두 개의 측벽들(609)을 포함한다. 제 1 캡슐화 부재(602)의 측벽들(608)은 제 2 캡슐화 부재(604)의 측벽들(609)에 평행하다.

연료 전지 스택 어셈블리(600)의 각각의 측벽(608, 609)은 개구(620, 621)를 포함하는데, 이는 이 예에서 그것의 전단부(연관 엔드 플레이트(602, 604)에 인접하는 말단인)에 인접하다.

연료 전지 어셈블리(600)는 또한 이 예에서, C-클립 잠금 부재들인 잠금 부재들(610)을 포함한다. 잠금 부재들(610)은 연료 전지들의 평면에 평행한 방향으로 제 1 및 제 2 캡슐화 부재(604, 606)의 측벽들(608, 609)의 개구들(620, 621)을 체결하도록 구성된다. 잠금 부재들(610)은 측벽들(608)의 평면에 직교하는 방향으로 체결하도록 구성된다. 도 1에 예시된 연료 전지 어셈블리와 달리, 이 예에서 개구들(620, 621)에서의 어떤 구 영역도 요구되지 않는다. 도 6a에 도시된 연료 전지 어셈블리에서, 각각의 측벽(608, 609)의 개구(620, 621)는 해당 측벽(608, 609)의 에지로 연장한다.

도 6b는 그것의 특징적인 형상으로 인해 레터 박스(letter box) 어셈블리로 지칭될 수 있는, 연료 전지 스택 어셈블리(600)를 예시한다. 이 예에서, 제 1 캡슐화 부재(602)는 제 2 캡슐화 부재(604)와 접촉하고 잠금 부재들(610)은 제 1 및 제 2 캡슐화 부재들(602, 604)과 체결된다. 도 1 및 도 4에 관하여 설명된 바와 같이 유사한 기술들이 도 6b에 도시된 어셈블리를 어셈블하는데 사용될 수 있다. 연료 전지 어셈블리가 어셈블되면, 제 1 및 제 2 캡슐화 부재들(602, 604) 상의 어셈블리 내 연료 전지들의 상호간의 힘은 잠금 부재를 제 위치에 유지한다.

도 7a 및 도 7b는 유지 부재들을 포함하는 측벽들을 갖는 대안적인 연료 전지 스택 어셈블리(700)의 뷰들을 예시한다. 도 7a는 연료 전지 스택 어셈블리(700)의 확대 사시도를 예시한다. 도 7b는 어셈블될 때 연료 전지 스택 어셈블리(700)를 도시한다.

도 6에 관해 설명된 예와 같이, 연료 전지 스택 어셈블리(700)는 두 개의 캡슐화 부재들(702, 704) 사이에 위치되는 하나 이상의 연료 전지들(도 7a에 도시되지 않음)에 압축력을 인가하기 위해 서로와 체결하도록 구성되는 제 1 캡슐화 부재(702) 및 제 2 캡슐화 부재(704)를 포함한다.

제 1 및 제 2 캡슐화 부재들(702, 704)은 하나 이상의 연료 전지들로 또는 이들로부터 유체를 전달하기 위한 복수의 포트들을 포함할 수 있다.

제 1 캡슐화 부재(702)는 제 1 엔드 플레이트(706) 및 제 1 엔드 플레이트(706)에 대해 가로로 연장하고, 제 1 엔드 플레이트(706)의 대향하는 단부들에 있는 두 개의 측벽들(708)을 포함한다. 또한, 도 6에 관해 설명된 예와 같이, 제 2 캡슐화 부재(702)는 제 2 엔드 플레이트(705) 및 제 2 엔드 플레이트(705)에 대해 가로로 연장하고, 제 2 엔드 플레이트(705)의 대향하는 단부들에 있는 두 개의 측벽들(709)을 포함한다.

도 7의 연료 전지 어셈블리(700)의 제 1 캡슐화 부재(702)의 각각의 측벽(708)은 복수의 유지 부재들(721)을 가진다. 각각의 측벽(708)의 복수의 유지 부재들(721)은 연료 전지들의 평면과 평행하고 상기 측벽(708)의 평면과 평행한 방향으로 서로 이격된다. 유지 부재들(721)은 측벽(708)의 말단부에서 밖으로 연장한다. 즉, 측벽(708)의 말단부는 연료 전지들의 평면과 평행한 방향에서 제 1 캡슐화 부재(702)로부터 떨어져 연장하고, 그렇게 함으로써 후크(hook)를 정의한다.

제 2 캡슐화 부재(704)의 각각의 측벽(709)은 적어도 하나의 유지 부재(720)를 가진다. 적어도 하나의 유지 부재(720)는 연료 전지들의 평면과 평행하고 측벽(709)의 평면과 평행한 방향에 위치된다. 적어도 하나의 유지 부재(720)는 제 1 캡슐화 부재(702)의 복수의 유지 부재들(721)과 인터리빙(interleaving)되도록 배치된다. 적어도 하나의 유지 부재(720)는 측벽(709)의 말단부에서 밖으로 연장하고, 그렇게 함으로써 또한 후크를 정의한다.

연료 전지 어셈블리(700)는 또한 이 예에서, 바들(bars) 또는 핀들(pins)인, 잠금 부재들(710)을 포함한다. 잠금 부재들(710)은 연료 전지들의 평면에 평행한 방향으로 제 1 및 제 2 캡슐화 부재들(704, 706)의 측벽들(708, 709)을 체결하도록 구성된다. 잠금 부재(710)는 측벽들(708, 709)의 평면에 직교하고 측벽들(708, 709)의 평면에 평행한 방향에서 어느 하나와 체결하도록 구성된다.

연료 전지들은 어셈블 동안 제 1 캡슐화 부재(702)의 제작된 부분들 상에 위치될 수 있다. 그 후 제 2 캡슐화 부재(704)는 제 1 및 제 2 캡슐화 부재들(702, 704)의 유지 부재들(720, 721)이 인터리빙하도록 제 1 캡슐화 부재(702) 상에 위치될 수 있다. 외력이 도 1을 참조하여 설명된 로딩과 유사한, 연료 전지 어셈블리(700) 내 연료 전지들을 충분히 로딩하기 위해 인가될 수 있다. 충분한 로드가 달성되면, 잠금 부재(710)는 압축을 받는 연료 전지 어셈블리(700)를 고정하기 위해 제 1 및 제 2 캡슐화 부재들(702, 704)의 유지 부재들(720, 721)과 체결될 수 있다.

이 예에서 잠금 부재들(710)은 각각의 엔드 플레이트들(706, 705)에서 상이한 간격들만큼 이격할 수 있는 복수의 체결 영역들을 포함할 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 이는 상기 하나 이상의 연료 전지들이 원하는 치수가 아니라, 원하는 로드로 어셈블되게 할 수 있다.

대안적인 잠금 부재(750)가 도 7c에 예시된다. 잠금 부재(750)는 그것의 길이를 따라 단차진 윤곽을 포함할 수 있고, 각각의 단차(752)는 적어도 다음의 합만큼 길다:

ⅰ. 제 1 캡슐화 부재(702)의 유지 부재들(721) 중 하나의 폭;

ⅱ. 제 2 캡슐화 부재(704)의 유지 부재(720)의 폭; 및

ⅲ. 제 1 캡슐화 부재(702)의 다른 유지 부재(721)의 폭의 적어도 일부.

ⅲ.에 대한 값은 잠금 부재(750)가 사용 시 위치로부터 떨어지는 것을 방지하기에 충분한 유지를 제공하기 위해 선택되어야 한다.

선택적으로, 제 1 캡슐화 부재(702) 또는 제 2 캡슐화 부재(704)를 체결하는데 사용되지 않는 잠금 부재(750)의 임의의 과잉 물질이 어셈블 후 제거될 수 있다.

다른 예들에서, 잠금 부재들(710)은 단면에서 캠-형상일 수 있거나, 또는 임의의 다른 비-원형 단면 형상을 가질 수 있다. 즉, 잠금 부재들(710)은 제 2 상이한 직경보다 짧은 제 1 직경을 가질 수 있다. 이 방법에서, 잠금 부재들(710)은 잠금 부재(710)의 제 1 직경이 도 7의 예에서 수직으로 배향되도록 제 1 방향으로 삽입될 수 있다. 제 1은 대향하는 캡슐화 부재들(702, 704)의 유지 부재들(720, 721) 간 거리보다 적다. 그 후 잠금 부재들(710)은 잠금 부재(710)의 제 2 직경이 수직으로 배향될 때까지 회전될 수 있다. 제 2 직경은 대향하는 캡슐화 부재들(702, 704)의 유지 부재들(720, 721) 간 거리에 상응한다. 그러한 잠금 부재(710)는 연료 전지 어셈블리(700)가 원하는 로드로 알맞게 제작될 수 있는 다른 방법을 전형적으로 나타낸다.

그러한 상이한 직경들의 잠금 부재는 복수의 체결 영역들로 고려될 수 있고, 여기서 복수의 체결 영역들은 제 1 캡슐화 부재 및 제 2 캡슐화 부재의 각각의 엔드 플레이트들에서 상이한 간격들만큼 이격하도록 구성된다.

도 8a 및 도 8b는 제 1 캡슐화 부재(802a, 802b) 및 제 2 캡슐화 부재(804a, 804b)를 각각 포함하는 연료 전지 어셈블리들(800a, 800b)을 예시한다. 각각의 제 1 캡슐화 부재들(802a, 802b) 각각은 제 1 엔드 플레이트 및 제 1 엔드 플레이트에 직교하고, 제 1 엔드 플레이트의 대향하는 단부들에 배치되는 두 개의 사이드 플레이트들을 가진다. 각각의 제 2 캡슐화 부재들(804a, 804b)은 제 2 엔드 플레이트 및 제 2 엔드 플레이트에 직교하고, 제 2 엔드 플레이트의 대향하는 단부들에 배치되는 두 개의 사이드 플레이트들을 가진다.

도 8a의 연료 전지 어셈블리(800a)는 각각의 핀 잠금 부재(810a)의 축을 따라 체결부(812a) 및 핸들링부(814a)를 각각 제공하는 두 개의 핀 잠금 부재들(810a)을 더 포함한다. 제 1 및 제 2 캡슐화 부재들(802a, 804a)의 측벽들 각각은 개구들을 포함하고 잠금 부재(810a)가 제 1 및 제 2 캡슐화 부재들(802a, 804a)과 체결되는 개구들 내로 삽입될 수 있도록 배치된다. 잠금 부재(810a)의 체결은 연료 전지 어셈블리(800a) 내 연료 전지 플레이트들(미도시)의 평면과 평행한 방향에서 제 1 및 제 2 캡슐화 부재들(802a, 804a)의 측벽들을 통해 잠금 부재를 삽입함으로써 달성될 수 있다. 삽입 방향은 또한 제 1 및 제 2 캡슐화 부재들(802a, 804a)의 엔드 플레이트들과 평행하다. 이 케이스에서, 방향은 또한 제 1 및 제 2 캡슐화 부재들(802a, 804a)의 측벽들의 평면에 수직이다.

도 8b의 연료 전지 어셈블리(800b)는 제 1 및 제 2 캡슐화 부재들(802b, 804b)의 측벽들이 복수의 체결부들(812a)과 함께 잠금 부재(810a)를 수용하도록 구성되는 것을 제외하고 도 8a의 연료 전지 어셈블리와 유사하다. 잠금 부재(810b)는 복수의 체결부(812a)의 각각에 결합되는 핸들링부(814a)를 가진다.

제 1 및 제 2 캡슐화 부재들(802b, 804b)의 측벽들 각각은 그것들이 잠금 부재(810b)의 체결부들(812a)을 수용할 수 있는 것과 같은 방법으로 배치되는 개구들을 포함한다. 이 예에서 개구들은 연료 전지 어셈블리의 높이에 따라 이격된다. 그러한 배치는 제 1 및 제 2 캡슐화 부재들(802b, 804b)의 측벽들에 응력 집중을 감소시키는 것에 있어서 바람직할 수 있다.

도 9a 및 도 9b는 잠금 부재(910) 및 잠금 부재(910)를 수용하기 위한 연료 전지 스택 어셈블리의 측벽 배치를 예시한다.

도 9a는 복수의 체결부들(912) 및 핸들링부(914)를 포함하는 잠금 부재(910)를 예시한다. 체결부들(912)은 핸들링부(914)의 평면에 수직으로 연장하는 핀들로서 제공된다.

도 9b는 도 9a의 잠금 부재(910)를 수용하기에 적합한 연료 전지 스택 어셈블리의 측벽들의 측면도를 예시한다. 연료 전지 스택 어셈블리는 두 개의 캡슐화 부재들(902, 904) 사이에 위치되는 하나 이상의 연료 전지들에 압축력을 인가하기 위해 서로와 체결하도록 구성되는 제 1 캡슐화 부재(902) 및 제 2 캡슐화 부재(904)를 포함한다.

제 1 캡슐화 부재(902)의 측벽(908) 및 제 1 캡슐화 부재들(904)의 측벽(909)이 도 9a에 도시된다.

제 1 캡슐화 부재(902)의 측벽(908)은 연료 전지들의 평면에 수직인 방향으로 연장하는 적어도 하나의, 및 이 예에서 두 개의, 연장 부재들(908a, 908b)을 갖는다. 각각의 연장 부재(908a, 908b)는 잠금 부재(914)의 체결부들(912) 중 하나를 수용하기 위해 개구(921a, 921b)를 포함한다. 각각의 측벽(908)의 복수의 연장 부재들(908a, 908b)은 연료 전지들의 평면과 평행하고 상기 측벽(908)의 평면과 평행한 방향으로 서로 이격된다.

제 2 캡슐화 부재(904)의 각각의 측벽(909)은 적어도 하나의 연장 부재를 갖는다. 적어도 하나의 연장 부재는 연료 전지들의 평면과 평행하고 측벽(909)의 평면과 평행한 방향으로 연장한다. 적어도 하나의 연장 부재는 제 1 캡슐화 부재(902)의 복수의 연장 부재들(908a, 908b)과 인터리빙하도록 배치된다. 적어도 하나의 연장 부재는 잠금 부재(914)의 체결부들(912) 중 하나를 수용하기 위해 개구(920)를 포함한다.

도 10은 제 1 캡슐화 부재(1002) 및 제 2 캡슐화 부재(1004)와 함께 연료 전지 스택 어셈블리를 예시한다. 제 2 캡슐화 부재(1004)의 측벽들은 제 1 캡슐화 부재(1002)의 측벽들 내부에 제공된다. 즉, 제 2 캡슐화 부재(1004)의 측벽들은 엔클로저 내 연료 전지 스택에 인접할 수 있다. 제 1 캡슐화 부재(1002)의 측벽들은 제 2 캡슐화 부재(1004)의 측벽들에 인접할 수 있다.

도 11은 제 1 캡슐화 부재(1102) 및 제 2 캡슐화 부재(1104)를 갖는 대안적인 연료 전지 스택 어셈블리를 예시한다. 제 2 캡슐화 부재(1104)의 측벽은 엔클로저 내 연료 전지 스택에 인접할 수 있다. 제 1 캡슐화 부재(1102)의 상응하는 측벽은 제 2 캡슐화 부재(1104)의 측벽에 인접할 수 있다. 제 1 캡슐화 부재(1102)의 대향하는 측벽은 또한 연료 전지 스택에 인접할 수 있다. 제 2 캡슐화 부재(1104)의 대향하는 측벽은 제 1 캡슐화 부재(1102)의 측벽에 인접할 수 있다.

본원에 개시된 하나 이상의 예들은 연료 전지 스택 어셈블리들을 위해 공지된 어셈블 방법들을 단순화할 수 있고, 대량 제조에 적합할 수 있다. 이는 어셈블 비용을 감소시킬 수 있다.

본 문서에 설명된 연료 전지 스택 어셈블리들은 잠금 부재들 및 그것들이 캡슐화 부재들과 체결하는 방법으로 인해, 종래 기술의 어셈블리들보다 작을 수 있다.

도 12는 연료 전지 스택 어셈블리를 어셈블하는 방법을 예시한다.

도 12에 관하여 나타난 연료 전지 스택 어셈블리는 다음을 포함한다:

제 1 엔드 플레이트 및 제 1 엔드 플레이트로부터 가로로 연장하는 두 개의 측벽들을 포함하는 제 1 캡슐화 부재;

제 2 엔드 플레이트를 포함하는 제 2 캡슐화 부재;

하나 이상의 연료 전지들; 및

두 개의 잠금 부재들,

방법은 하나 이상의 연료 전지들을 제 1 엔드 플레이트 및 제 2 엔드 플레이트 사이에 위치시킴으로써 단계(1202)에서 시작한다.

단계(1204)에서, 방법은 서로를 향해 제 1 캡슐화 부재의 제 1 엔드 플레이트 및 제 2 캡슐화 부재의 제 2 엔드 플레이트를 편향시키기 위해 외부 로드를 인가함으로써 하나 이상의 연료 전지들을 압축하는 단계에 의해 계속된다. 하나 이상의 연료 전지들은 원하는 로드로 압축될 수 있다.

단계(1206)에서, 두 개의 잠금 부재들을 하나 이상의 연료 전지들의 평면에 평행한 방향으로 제 1 캡슐화 부재 및 제 2 캡슐화 부재의 각각의 측벽과 체결하는 단계를 포함한다.

연료 전지 스택 어셈블리는 이제 어셈블되고, 단계(1208)에서, 방법은 외부 로드를 해제함으로써, 하나 이상의 연료 전지 셀들 상에 압축력을 가하는 연료 전지 스택 어셈블리를 제공하는 단계 및 제 1 엔드 플레이트 및 제 2 엔드 플레이트를 고정된 상대적인 위치에 유지하는 단계에 의해 종료한다.

일 예에 관하여 설명된 피처들이 그 반대 의도가 분명하지 않는 한, 다른 예에 관하여 설명된 피처들과 결합될 수 있다는 것이 인식될 것이다.

Claims (24)

1. 연료 전지 스택 어셈블리로서,
   제 1 엔드 플레이트 및 상기 제 1 엔드 플레이트로부터 가로로 연장하는 두 개의 측벽들을 포함하는 제 1 캡슐화 부재;
   제 2 엔드 플레이트를 포함하는 제 2 캡슐화 부재;
   상기 제 1 엔드 플레이트 및 제 2 엔드 플레이트 사이에 위치되는 하나 이상의 연료 전지들; 및
   상기 제 1 엔드 플레이트 및 상기 제 2 엔드 플레이트를 고정된 상대적인 위치에 유지하기 위해, 상기 제 1 캡슐화 부재 및 상기 제 2 캡슐화 부재의 각각의 측벽과 체결하도록 구성되는 두 개의 잠금 부재들을 포함하고,
   상기 제 1 캡슐화 부재의 상기 측벽들은 각각:
   상기 하나 이상의 연료 전지들에 압축력을 제공하기 위해 상기 제 2 캡슐화 부재와 체결하고,
   상기 하나 이상의 연료 전지들의 평면에 평행한 방향으로 각각의 상기 잠금 부재를 수용하도록 구성되는, 연료 전지 스택 어셈블리.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 잠금 부재들 각각은 복수의 체결 영역들을 포함하고, 상기 복수의 체결 영역들은 상기 제 1 캡슐화 부재 및 상기 제 2 캡슐화 부재의 각각의 상기 엔드 플레이트들에서 상이한 간격들로 이격되도록 구성되는, 연료 전지 스택 어셈블리.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 체결 영역들은 상이한 두께를 갖는 상기 잠금 부재의 영역들을 포함하는, 연료 전지 스택 어셈블리.
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
   상기 잠금 부재는 단차진 윤곽을 포함하고, 상기 체결 영역들은 상기 단차진 윤곽에 있어서 상이한 단차들을 포함하는, 연료 전지 스택 어셈블리.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 캡슐화 부재의 상기 측벽들은 상기 제 2 캡슐화 부재에 의해 각각의 상기 잠금 부재들 상에 가해지는 제 2 힘에 대한 반대 방향으로 각각의 상기 잠금 부재들 상에 제 1 힘을 가하도록 구성되는, 연료 전지 스택 어셈블리.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제 1 및 제 2 힘들의 상기 방향은 상기 하나 이상의 연료 전지들의 상기 평면을 가로지르는, 연료 전지 스택 어셈블리.
7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
   상기 제 1 힘은 상기 잠금 부재 상의 제 1 위치에서 각각의 잠금 부재 상에 가해지고, 제 1 위치는 상기 제 2 힘이 가해지는 제 2 위치와 상이하며, 상기 제 1 위치는 상기 하나 이상의 연료 전지들의 상기 평면에 평행한 방향으로 상기 제 2 위치로부터 이격되는, 연료 전지 스택 어셈블리.
8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 잠금 부재들 각각은 체결부 및 핸들링부를 포함하는, 연료 전지 스택 어셈블리.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 체결부는 상기 핸들링부를 가로지르는, 연료 전지 스택 어셈블리.
10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 캡슐화 부재의 상기 측벽들은 상기 측벽들의 상기 평면에 직교하는 방향으로 상기 잠금 부재를 수용하도록 구성되는, 연료 전지 스택 어셈블리.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 잠금 부재들 각각은 상기 제 1 캡슐화 부재 및 상기 제 2 캡슐화 부재의 각각의 상기 측벽에서의 하나 이상의 개구들과 체결하도록 구성되는 하나 이상의 핀들을 포함하는, 연료 전지 스택 어셈블리.
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 잠금 부재들 각각은 C-클립을 포함하는, 연료 전지 스택 어셈블리.
13. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 캡슐화 부재의 상기 측벽들은 상기 측벽들의 상기 평면에 평행한 방향으로 상기 잠금 부재를 수용하도록 구성되는, 연료 전지 스택 어셈블리.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 잠금 부재들 각각은 상기 제 1 캡슐화 부재 및 상기 제 2 캡슐화 부재의 각각의 상기 측벽과 연관된 유지 부재들과 체결하도록 구성되는 핀을 포함하는, 연료 전지 스택 어셈블리.
15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 캡슐화 부재는 상기 제 2 엔드 플레이트로부터 가로로 연장하는 두 개의 측벽들을 포함하고, 상기 두 개의 잠금 부재들은 상기 제 2 캡슐화 부재의 각각의 측벽과 체결하도록 구성되는, 연료 전지 스택 어셈블리.
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제 2 캡슐화 부재의 상기 측벽들 중 하나 또는 양자는 상기 제 1 캡슐화 부재의 상기 측벽들 내에, 외부에, 또는 동일-평면에 있는, 연료 전지 스택 어셈블리.
17. 청구항 15 또는 청구항 16에 있어서,
    상기 제 1 캡슐화 부재의 상기 측벽들은 상기 제 2 캡슐화 부재의 상기 측벽들에 평행한, 연료 전지 스택 어셈블리.
18. 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 엔드 플레이트 및 상기 제 2 엔드 플레이트 각각은 상기 하나 이상의 연료 전지들에 인접한 상기 하나 이상의 연료 전지들과 압축 관계에 있는 압축 표면을 정의하고;
    상기 제 1 엔드 플레이트 및/또는 상기 제 2 엔드 플레이트는 상기 압축 표면을 정의하는 사전 형성된 요소를 포함하고, 상기 사전 형성된 요소는 상기 사전 형성된 요소가 로드를 받지 않을 때 상기 압축 표면이 볼록 표면이도록 미리 결정된 곡률로 구성되는 반면, 압축을 받는 상기 연료 전지들을 유지하기 위해 상기 로드의 인가 하에서, 상기 사전 형성된 요소의 굴곡은 상기 압축 표면이 실질적으로 평면인 표면이 되게 하는, 연료 전지 스택 어셈블리.
19. 청구항 1 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 엔드 플레이트 및/또는 상기 제 2 엔드 플레이트는 상기 하나 이상의 연료 전지들에 또는 상기 하나 이상의 연료 전지들로부터 유체를 전달하기 위한 포트를 포함하는, 연료 전지 스택 어셈블리.
20. 청구항 1 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 캡슐화 부재; 상기 제 2 캡슐화 부재; 및 상기 하나 이상의 연료 전지들 중 적어도 하나를 위한 어셈블리 가이드를 제공하기 위해 내부적으로 성형된 하우징을 더 포함하는, 연료 전지 스택 어셈블리.
21. 청구항 20에 있어서,
    상기 하우징은 각각의 상기 잠금 부재들을 수용하기 위한 두 개의 애퍼처들을 포함하는, 전지 스택 어셈블리.
22. 연료 전지 스택 어셈블리를 어셈블하는 방법으로서, 상기 연료 전지 스택 어셈블리는:
    제 1 엔드 플레이트 및 상기 제 1 엔드 플레이트로부터 가로로 연장하는 두 개의 측벽들을 포함하는 제 1 캡슐화 부재;
    제 2 엔드 플레이트를 포함하는 제 2 캡슐화 부재;
    하나 이상의 연료 전지들; 및
    두 개의 잠금 부재들을 포함하고,
    상기 방법은:
    상기 하나 이상의 연료 전지들을 상기 제 1 엔드 플레이트 및 제 2 엔드 플레이트 사이에 위치시키는 단계;
    서로를 향해 상기 제 1 캡슐화 부재의 상기 제 1 엔드 플레이트 및 상기 제 2 캡슐화 부재의 상기 제 2 엔드 플레이트를 편향시키기 위해 외부 로드를 인가함으로써 상기 하나 이상의 연료 전지들을 압축하는 단계;
    상기 두 개의 잠금 부재들을 상기 하나 이상의 연료 전지들의 상기 평면에 평행한 방향으로 상기 제 1 캡슐화 부재 및 상기 제 2 캡슐화 부재의 각각의 측벽과 체결하는 단계; 및
    상기 외부 로드를 해제함으로써, 상기 하나 이상의 연료 전지들 상에 압축력을 가하는 연료 전지 스택 어셈블리를 제공하는 단계 및 상기 제 1 엔드 플레이트 및 상기 제 2 엔드 플레이트를 고정된 상대적인 위치에 유지하는 단계를 포함하는, 방법
23. 실질적으로 본원에 설명된 바와 같은 그리고 첨부 도면들에 예시된 바와 같은 연료 전지 스택 어셈블리.
24. 실질적으로 본원에서 설명된 바와 같은 그리고 첨부 도면들에 예시된 바와 같은 방법.

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